基本信息科学研究课程教学与教育教学研究仿生仿人机器人及其智能运动控制研究室吴伟国的作品国际交流研究生招生与培养论文专著
基本信息


人生信条：

【业精于勤,荒于嬉;行成于思,毁于随.】

【天行健,君子当自强不息.】

【勤能补拙是良训，一分辛苦一分才】

联系方式
吴伟国 教授/博导/留日归国博士后




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新闻标题有关新闻报道

发表时间2014-07-17

1.黑龙江新闻网－生活报（http://www.hljnews.cn/xw_jysk/system/2009/06/23/**.shtml）2009-06-23 报道：“哈工大机器人能对话能生气又能笑有8种表情”

2.哈工大新闻网http://news.hit.edu.cn/articles/2009/07-14/**.htm：“机器人也知喜怒哀乐 新一代仿人头像机器人表情丰富能对话”；发布时间：2009-7-15 16:57:53

3.今日哈工大（哈工大信息）网http://today.hit.edu.cn/news/2014/06-12/**RL0.htm2014-6-12 9:32:28报道：“具有挠性驱动单元的FDUBR-I型仿人双足机器人实现稳定步行"


新闻标题4. 仿猿双臂手机器人BARDAH-I实现稳定的仿生摆荡抓杆大阻尼欠驱动运动控制

发表时间2017-12-28 14:40:32

由猿猴和人类摆荡抓杆运动中的抓杆大阻尼现象，机电工程学院机械设计系吴伟国教授的仿生仿人机器人及其智能运动控制研究室在国际上首次提出了Brachiation机器人的大阻尼运动问题。于2017年9月，基于所提出的大阻尼欠驱动控制方法，本研究室成功进行了自主设计研制的BARDAH-I型仿猿双臂手机器人的仿生摆荡抓杆运动，提出了基于支撑手抓大阻尼切换的抓杆控制方法，并在国际上首次研究了实验条件下的仿生摆荡抓杆运动的可靠性问题，对与支撑杆间距在400mm~600mm（1/3~5/12臂展长度）范围内的目标杆进行了24次抓杆实验，平均成功率达到91.7%。至此，由本研究室在2005年提出，包括双足/四足步行、摆荡前进、轮式移动在内的多移动方式机器人的基础研究已全部完成。........

今日哈工大信息网：http://today.hit.edu.cn/news/2017/12-28/**RL0.htm。


工作经历
时间工作经历
1991年4月至1993年10月；

任哈工大机械设计教研室助教
1993年11月至1997年12月；

任哈工大机械系讲师
1998年1月至2003年7月

任哈工大机电学院机械设计系副教授。2002年起为硕士导师
2003年8月至现在

任哈工大机电学院机械设计系教授
2005年4月

评为哈工大博士导师
2008年1月至2009年6月机械设计系副主任，主管机械设计及理论学科学科建设工作
2009年1月至2015年7月机械设计系副主任，主管机械设计及理论学科研究生教学工作
2015年8月至今机械设计系副主任，主管机械设计系科研工作


教育经历
1984年9月-1988年7月：阜新矿业学院(现辽宁工程技术大学)机械系矿业机械化专业大学本科，毕业获学士学位。导师：刘润章老师

1988年9月-1991年3月：哈工大机械系机械学学科硕士研究生，毕业获工学硕士学位。导师：王永洁 教授

1992年3月-1995年10月：哈工大机械系机电控制及自动化学科博士研究生，毕业获工学博士学位，导师：蔡鹤皋 教授/院士

1998年10月-1999年8月：东北师范大学赴日本国留学生预备学校培训学习日本语。

1999年10月-2001年9月：日本名古屋大学微系统工学博士后研究员，指导教官：福田 敏男（Toshio Fukuda） 教授

研究领域、研究方向、学术贡献及科研条件
一、所在学科 一级学科—机械工程

二级学科—机械设计及理论
二、主要研究方向 1. 具有多种移动方式的类人猿型机器人及其智能运动控制 主要研究双足步行、四足步行、脚用轮式移动及移动方式转换涉及的机构、理论、控制问题与实验；

2. 有面部表情及多感知机能的仿人全身机器人及“人工情感” 主要研究仿人全身机器人系统集成化设计与研制、仿人双足快速动步行理论与控制、大载荷/驱动与力感知一体化1:1比例仿人多指灵巧手及操作、有多种面部表情、嗅觉、视觉、语音等多感知机能及语音口形的1:1比例集成化仿人头像机器人及其人工情感理论与实验、仿人机器人全身行为与实验等；

3. 工业机器人及机器人用基础元部件 主要包括工业机器人操作臂设计与研发、仿人手臂及冗余度机器人机构学理论、短筒柔轮谐波传动、安全型无耦合六维力-力矩传感器等研究；

4. 仿生机构及机械学 主要研究：并联机构、串并联混合机构的空间机构学；仿生机构设计；人及动物足部的仿生力学及主被动控制等。
三、主要创新点及学术贡献1. 为提高专家系统知识搜索、利用和推理机的推理效率，提出了机械设计专家系统知识表示中的过程型规则表示形式（1991年）；

2. 用矢量分析方法理论证明了国外全方位关节机构中Pitch和Yaw机构运动干涉问题，提出并研究了基于双环解耦和双万向节传动原理的新型Pitch-Yaw-Roll(内嵌另一Roll）的四自由度无奇异全方位关节机构及其机构学，设计研制了一种双环解耦轴承及新型全方位关节机构（1995年）；

3. 提出了基于变运动学模型的并联机构包围串联机构动力学等效变换定理及公式（1995年），该定理对于求解串并联混合机构动力学问题具有重要的理论意义（1995年）；

4. 建立了回避封闭/非封闭窗口型障碍的通用数学模型，提出了回避关节极限及封闭/不封闭障碍窗口型障碍二元准则的冗余自由度机器人操作臂逆运动学求解方法（1995年）；

5. 建立了仿人双臂手系统避碰作业的通用几何模型与数学模型，提出并研究了仿人双臂手避碰作业的逆运动学求解方法（1995年）；

6. 首次提出并研究了具有多种移动方式的类人猿型移动机器人的总体构想并研制了国际上首台原型样机（1999年-2000年）；

7. 首次提出并研究了仿人头像表情机器人的语音口形与语音协调问题，实现了基于汉语拼音的基本语音口形与语音协调技术（2006年）；

8. 首次提出了表情机器人的表情强度概念与表情强度系数（2006年）；

9. 基于Ekman面部表情编码系统原理，在国内首次真正实现了仿人头像机器人的喜怒哀乐等8种基本面部表情（2004年）；

10.在1999年提出的多移动方式类人猿型机器人总体概念与国际上首台类人猿机器人系统基础上，进一步提出了基于多感知功能、内部评价和决策模块的具有多种移动方式的移动机器人自治系统总体构想，并进行了实验研究（2005年）；

11.首次提出并设计研制了脚用轮式移动机构，并进行了控制方法与实验验证（2005年）；

12.提出并研究了基于有限状态机的人工情感理论模型，并进行了实验验证（2007年）；

13.提出并研究了基于余弦曲线变化规律的可变ZMP及三自由度倒立摆原理的双足稳定动步行控制方法（2005年）；

14.提出并研究了基于车-桌模型和预观控制的双足快速动步行控制方法（2008年）；

15.提出并研究了面向空间桁架结构的双臂手移动机构（2008年）；

16.实现了70自由度轻量化高刚度、高精度、超多自由度集成化仿人全身机器人系统的集成化设计（2009年）；

17.提出并研究了无耦合、安全型六维力-力矩传感器结构（2011年）；

18.提出并研究了针对张角问题、提高啮合刚度的短筒柔轮谐波传动元件设计与加工工艺方法,在国内首次研制成功了1/2、1/4长径比的新型短筒柔轮谐波齿轮传动样机，传动刚度测试实验同比结果表明提高了39%以上（已授权发明专利两项）（2012年）。

19.首次提出了大阻尼非完整约束欠驱动的概念，并提出了欠驱动机器人操作臂可靠抓握目标杆运动控制策略，创新设计了基于大阻尼欠驱动原理的新型手爪（已申请并被受理发明专利）（2013年）。

20.首次提出步行机器人稳定性训练系统总体概念及适于该系统的新型6-DOF串并联机构平台，并进行了机构原理分析与研究（发明专利已授权）（2013年）。

21.首次提出并研究人头面部轮廓数学模型以及在仿人头像机器人研究的应用问题（已申请并被受理发明专利）（2014年）。

22.提出并研究了基于绳索肌腱类挠性驱动单元及粘弹性动力学模型，并进行了较高频响和大负载能力的控制试验（已授权发明专利1项，已申请并被受理发明专利2项）（20010年、2014年）

23.面向实用化大着地冲击力问题的解决，探索性进行了具有绳传动挠性驱动单元的仿人双足步行机器人及试验研究，实现了稳定的双足步行控制。（已申请并被受理发明专利）（2014年）。

24.提出了基于能量泵升原理和退转反馈的仿猿双臂手大阻尼欠驱动抓握目标杆的欠驱动控制方法、控制策略，设计了分阶段的控制器，并理论分析了大阻尼欠驱动控制的稳定性，完成了仿真验证。（2015-2016年）

25.在国际上自行研制出首台有退转反馈机制的大阻尼欠驱动的仿猿双臂手机器人，并成功进行了抓握目标杆大阻尼欠驱动控制实验并对实验结果的大阻尼欠驱动进行了阻尼特性分析以及可靠性评价，24次实验成功率高达91.7%，实验验证了大阻尼欠驱动控制方法的可靠性。为大阻尼欠驱动控制理论、可靠性评价以及仿猿抓杆移动机器人的实用化提供了理论与技术依据。（2017年）
四、可利用的研究条件及设备 1. 现有自行研制的具有双足步行、四足步行、脚用轮式移动及移动方式转换功能的模块化组合式25自由度类人猿型机器人GoRoBoT-II系统一台；

2. 现有自行研制的有面部表情及视觉、语音功能的仿人头像机器人系统一台；

3. 现有自行研制的70自由度、具有表情智能头部及嗅觉/温度/视觉等多感知功能的集成化仿人全身机器人系统一台；

4. 现有自行研制的双臂手移动机器人系统一台（与1共用模块化部分）；

5. 自行设计研制的长径比为1/2、1/4比例标准齿、新加工工艺齿短筒柔轮谐波减速器各一台、刚度及回差测试装置一台；

6. PC机10余台,RT-Linux实时操作系统、JR3及ATI六维力-力矩传感器各4套、数字示波器3台；

7. 高性能DC 伺服电机、DC伺服驱动器、PMAC运动控制卡、谐波传动单元等多套，可供模块化组合式机械系统设计使用；

8. 32轴UMAC运动控制系统一套；

9. 高档日立（HITACHI）SH系列单片机、语音识别开发板、CCD视觉系统、高功率DC开关电源、DC电池组及充电器等；

10. 装配、调试用机械与电动工具、量具，可自行装配、调试机器人系统；

11. PS三维运动捕捉系统一套，可用于人体、仿人机器人肢体运动、头面部及其它物体三维运动捕捉和智能学习运动控制实验研究；

12. 研究室、实验室总面积115m²。


科研成果
1.1990-1992参与完成国家863计划项目“智能机器人机构仿真软件”的研究工作，本人研制出：1）机器人结构设计智能CAD软件；2）机械设计CAD软件模块；

2.1992-1995 ，作为第二研究者，参与完成国家八六三计划资助项目：“组合式多节齿轮柔性臂机构研究”， 1995 年 12 月通过“ 863 ”专家组鉴定。研制成功模块化组合式机器人柔性臂、七自由度仿人手臂系统（本人博士论文课题）；

3.1993-1996 ，作为第二研究者，参与完成“仿人像演讲机器人”研制项目，并投入使用；

4.1996-1999 ，参与完成国家重大科技攻关项目“轻型机器人样机设计与开发”，设计的点焊机器人已用于汽车生产线；本人设计了30kg焊接机器人操作臂3自由度腕和小臂、RV摆线针轮减速器。

5.1999.10-2001.9 在日本名古屋大学微系统工学学科福田研究室作博士后研究员期间，首次在国际上提出“具有多种移动方式的类人猿型机器人”的总体构想并研制出首台类人猿型机器人系统，研究其运动控制。

6. 2003.1-2003.11 研制出小型化（高约 0.89m ）、轻量化（重约 20.7kg~35kg( 因自由度数及高度而异 ) ）、集成化（全自立型）、模块化组合式（可组合出高约 0.80m~1.7m 机器人）的 25 自由度类人及类人猿型机器人系统。至 2004 年 4 月完成双足步行、四足步行运动控制等实验。

7. 2004 年研制出具有八种面部表情的仿人头像机器人（本人为课题负责人）。

8. 国家八六三计划资助项目：“组合式多节齿轮柔性臂机构研究”， 1996 年获航天部“科技进步二等奖”，为第二名获奖者；

9. 国家八六三计划智能机器人机构网点开放实验室资助项目：“三自由度无奇异全方位关节机构”获开放实验室优秀成果奖；“柔性臂机构运动学分析”获开放实验室成果一等奖（本人为该两项课题负责人）。

10. 2016年-2017年，自主研制成功具有退转反馈机制和大阻尼欠驱动的仿猿双臂手抓杆移动机器人。（研究室自立项目：原创性研究）


主要负责完成、在研的科研项目
一、负责的科研项目 1. "国家自然科学基金"资助项目:“具有多种移动方式的类人猿型机器人研究”，项目号为： ** （2003.01-2005.12）

2. "国家留学基金委"资助项目:“具有多种移动方式类人猿型机器人步行方式动态转换智能运动控制”（已结题）

3. "哈工大跨学科交叉基金"资助项目:“具有六种面部表情及视觉的类人头像型机器人及行为研究”，项目号为： HIT.DM 2002.06（已结题）

4. 国家863计划目标导向类课题：“有表情智能的仿人全身机器人系统集成化设计与基础技术验证”，项目编号：2006AA04Z201（2012年9月已通过863专家组验收）

5. 机器人系统与技术国家重点实验室自主课题：“具有表情智能的仿真人头像技术”，项目编号：SKLRS200802A04（2009.01-2011.12）

6. 国家863计划课题“xxxxx机器人共性关键技术与示范应用”子课题“xxxxx机器人设计研究”，项目编号：2012AA041601（2013年7月至2015年12月）

7. 横向科研项目两项（2016.4~在研）
二、主要参与完成的科研项目



讲授课程与教学研究
一、本科生课程 1.《机械设计》—主要讲授通用机械零部件设计、现代机械设计方法简介等内容（1992年秋季学期-2017年秋季学期）。

2.《机械设计CAD》—主要讲述MDT软件及机械设计应用（2002年）。

3.《机械设计课程设计》—指导机械类本科生二级齿轮减速器、蜗轮蜗杆减速器课程设计（1991年-2017年）。

4.《机械原理课程设计》—指导机械类本科生机械原理课程设计（2005年，2012年-现在）。

5.《机械系统机构设计与结构设计》——在本科生学完《机械原理》《机械设计》课程基础上，进一步结合机械系统实际设计与机械加工、热处理工艺、装配、调试、仿真分析与虚拟实验设计等工程实际经验与问题，主要讲授机械系统设计概论、机械系统中平面/空间机构分类、方案设计、常用机构设计及设计方法、结构设计要素与结构（含工艺）、谐波传动/行星传动等传动零部件及各种轴系结构设计、机座设计以及机械系统设计实例（如工业机器人操作臂、模块化组合式机器人、模块化组合式机床等系统设计）以及机械系统设计新概念与实例等内容。（该课程为本人负责完成教学设计及教材等课程建设并主讲的新课程，机械设计制造及其自动化专业本科生专业模块课必修，开课时间：2014年春季学期—现在）

6. 《综合课程设计II—工业机器人操作臂设计》——指导机械设计系机械设计制造及其自动化专业本科生进行焊接/搬运/装配/喷漆/通用等工业机器人操作臂设计。为本人负责完成教学设计及教材等课程建设并开设实施指导、讲授的新课程。（2014年-现在）
二、硕士研究生课程 主讲过的硕士研究生课程： 1.《机械设计专家系统与智能CAD技术》（1993年-1999年）

【内容简介】1）绪论：专家系统、知识工程、机械设计专家系统的发展、现状，课程的目的和意义；2）专家系统的基本构成、机械设计过程的分析、专家系统开发语言及Lisp语言程序设计基础；3）知识获取与知识表示形式、知识库建立；4）推理机制与设计；5）机械设计专家系统的建立、开发工具，并讲述实例包括滚动轴承轴系部件设计专家系统、齿轮传动设计专家系统、V带传动设计专家系统开发实例等，其中前两者是课题组和本人在科研项目中自行开发的软件；6）机械设计专家系统与机械设计CAD技术结合-智能CAD技术。

2.《现代机械设计方法》（1993年-1999年）

【内容简介】1）绪论：机械设计方法与现代机械设计方法的发展与现状，现代机械设计方法的范畴；2）计算机辅助设计技术（CAD）与计算机图形学；3）机械设计专家系统方法；4）最优化方法与机械设计优化设计方法；5）机械设计的有限元分析方法；6）机械设计可靠性设计方法；7）模块化组合式设计方法等。

自2005年以来至今开设并主讲的研究生课程： 1.《仿生机器人及其智能运动控制》(课程编号S**C) 【内容简介】1）绪论：国内外仿生仿人机器人研究现状；生物型机器人研究的主要问题点：机构、驱动元件、柔软性控制、示教与学习、鲁棒性、能量和动力等；智能学习运动控制的必要性；仿生机器人发展趋势；2）全自立仿生机器人技术基础；3）智能控制的基础理论；4）基于强化学习和行为的仿生机器人智能学习运动控制；5）仿生仿人机器人实例讲解——系统设计与控制；6）总结与展望。

2.《机器人控制的实际应用》(课程编号S**Q) 2018年校级研究生精品课程 【内容简介】1）绪论：基于模型的机器人控制问题与本课程研究内容；2）机器人控制的运动学与动力学基础；3）轨迹追踪控制：PID控制；机器人参数识 别；逆动力学计算法；前馈+PD反馈控制；加速度分解控制等；4）鲁棒控制；5）自适应控制；6）力控制；7）最优控制；8）柔性臂控制；9）主从控制等。该课程结合一台SICE-DD机器人操作臂与实验结果讲述机器人控制的实际应用问题。

自2013年起面向本研究室研究生在课程学习阶段的研究室内部教学试验研究性课程：

3.《机器人技术基础教育与实践》 【课程教育方式】1）指导性授课：以本研究室自行研制的教学用机器人为对象，面向本研究室全体学生不定期讲述机器人技术基础，主要包括机构与结构设计、运动学与动力学理论分析指导、电机控制基础与实验指导、控制系统设计与实践、机器人控制技术基础与实验等内容；2）分派本研究室内部学生讲授内容和实验任务，教师把握学生讲授方法和内容；3）学生提交完成的实验报告与学习体会；4）本研究室学生自愿参加实验，但指导性授课必须参加。

【教学试验研究目的】努力找到一条授课与实践教学相结合的最佳技术教育教学方式，摆脱单纯课堂教学与应试学习目的带来的弊端。

哈工大继续教育学院开设的网络视频教学课程及讲座： 自2010年~2012年间分别为哈工大继续教育学院开设三门视频教学课程：前述1、2及《仿生机械》三门课程中的基础部分

4.《微小机器人驱动技术》（哈工大继续教育学院—2013年黑龙江省专业技术人员继续教育知识更新培训课程视频教学）

【内容简介】主要讲述微小机器人（医疗用0.5~几mm/工业用1~几cm）：1）技术背景概论；2）电磁力驱动/气压驱动/静电驱动等驱动技术及驱动器；3）微小机器人应用；4）各种微小驱动器的特征等内容。

5.《机器人创新设计-轮式移动机器人创新设计基础》(哈工大继续教育学院—2014年黑龙江省专业技术人员继续教育知识更新培训课程视频教学）

【内容简介】主要讲述轮式移动机器人创新设计基础理论与技术、操作臂型机器人简介、步行机器人简介以及机器人创新设计人员的工程技术基础知识运用及知识结构等内容。

6. 《工业机器人技术发展与产业应用》讲座课程（2015年-现在）。

全国工程硕士专业学位研究生教育在线课程重大建设项目（2016年第一批：GS201601-J-02-07）（2016.03-2019.03）： 7.《机器人控制的实际应用》（课程编号：0094；适用的主要范围：机械工程、控制工程）全国工程专业学位研究生教育指导委员会认定、学堂在线（MOOC）资助。（建设中）
三、博士研究生课程 1.《仿生原理与仿生机械》（课程编号 B**C） 【内容简介】1）仿生机械、仿生机器人研究进展；2）仿生机械的力学原理；3）从生物学习到的设计技术：包括生物组织构成的微小要素性、鸟飞翔性能、环境适应性、自重构与自修复性、柔软性、智能与心性等；4）CPG与六足昆虫机器人的自律步行；5）仿生机械与仿生机器人研究实例讨论。

2.《球面解析理论与并联单环/多环空间机构学》（课程编号 B**Q） 【内容简介】主要内容包括：第一部分介绍作为空间机构分析数学理论基础的球面解析理论（球面三角学）；第二部分讲述螺旋理论；第三部分讲述空间机构动力学；第四部分讲述空间多环机构分析的影响系数理论和空间多环机构学；最后讲述理论在新型并串联混合型空间多环机构学问题求解中的应用实例。
四、研究生教学改革研究项目及成果 负责的已结题项目： 1. 哈工大研究生培养模式改革研究项目： 应用研究型研究生学位论文工作规范化研究与试验. 2009年-2011年

研究成果已在机械工程一级学科下应用研究型及工程硕士论文工作中应用

2. 哈工大研究生培养模式改革研究项目：机械工程学科应用研究型研究生技术素质教育的研究. 2009年-2011年.

3. 黑龙江省学位与研究生教育教学改革研究项目1项，2012年1月-2013年6月。

负责的在研项目： 4. 全国工程专业学位研究生教育在线课程重大建设项目：《机器人控制的实际应用》（MOOC），2016年-2019年3月. 项目负责人：吴伟国，项目编号：GS201601-J-02-07.

5. 黑龙江省高等教育学会高等教育科学研究“十三五”规划课题：面向工科大学生综合能力提升的教材建设创新研究与实践, 课题编号：16G005，负责人：吴伟国，课题研究周期：2017.01-2019.12.31.

6. 黑龙江省教育厅2017年度高等教育教学改革研究项目：大规模在线开放课程(MOOC)与主动学习相结合的研究生教材建设理论与实践. 项目编号：SJGY**. 负责人：吴伟国. 课题研究周期： 2017-2019.

已取得成果所获奖励： "研究生内外部教育质量保障体系研究与实践"成果获哈工大2011年研究生教学成果二等奖，为第一获奖者。



2007年开设并主讲至今的研究生课程“机器人控制的实际应用”于2018年5月11日荣获哈工大校级研究生"精品课程"。

自2018年起在新修订研究生培养方案中，原名“机器人控制的实际应用”（选修课）更名为“机器人控制理论与实际应用”（学科学位课），课程教学大纲主要内容与原“机器人控制的实际应用”课程内容基本不变。


五、本科生教育工作成果及所获奖励 2008年度荣获"校优秀专兼职学生工作者标兵"称号；

2009-2010年度荣获"校学生活动优秀指导教师"称号。



六、荣获“2012-2013年哈尔滨工业大学先进个人”称号


仿生仿人机器人及其智能运动控制研究室封面


吴伟国-男，汉族，1966年生，吉林省怀德县人。教授、博导，日本名古屋大学微系统工学博士后研究员；机械设计系副主任，先后主管机械设计及理论学科学科建设、研究生教学、机械设计系科研工作。1991年、1995年在哈工大先后获机械学学科工学硕士、机电控制及自动化学科工学博士学位；1991年4月11日留校任教，1998年1月、2003年8月、2005年4月先后被评为副教授、教授、博士生导师。

E-mail:wuwg@hit.edu.cn



研究领域
一、研究领域 1. 机械工程-机电控制及自动化、机器人技术

2. 机械工程-机械设计及理论、机械学
二、所在学科 一级学科—机械工程；二级学科—机械设计及理论
三、主要研究方向—仿生仿人机器人及其智能运动控制 1. 具有多种移动方式的类人猿型机器人及其智能运动控制 — 主要研究双足步行、四足步行、脚用轮式移动及移动方式转换涉及的机构、理论、控制问题与实验；

2. 有面部表情及多感知机能的仿人全身机器人及“人工情感” — 主要研究：(1)仿人全身机器人系统集成化设计与研制；(2)仿人双足快速动步行理论与控制；(3)大载荷/驱动与力感知一体化1:1比例仿人多指灵巧手及操作；(4)有多种面部表情、嗅觉、视觉、语音等多感知机能及语音口形的1:1比例集成化仿人头像机器人及其人工情感理论与实验；(5)仿人机器人全身行为与实验等等；

3. 工业机器人及机器人用基础元部件 — 主要包括：(1)工业机器人操作臂设计与研发；(2)仿人手臂及冗余度机器人机构学理论；(3)短筒柔轮谐波传动；(4)安全型无耦合六维力-力矩传感器等研究；

4 仿生机构及机械学 — 主要研究：(1)空间机构学—并联机构、串并联混合机构；(2)仿生机构设计；(3)人及动物足部的仿生力学及主被动控制等；

5. 非连续介质下移动机器人技术 — 主要研究空间桁架、分支结构体等非连续介质结构环境条件下移动机器人设计、攀爬移动理论与控制技术。


发明专利
已授权技术发明专利15项；

已被受理技术发明专利 项。

科研奖项/研究工作及成果展示
一、科研奖项 获航天工业总公司部级科技进步一等奖、二等奖（第贰获奖者）各1项；

获863智能机器人机构网点开放实验室优秀成果奖、一等奖各一项。

二、科研成果展【前言】借此栏由衷地感谢我的博士生导师蔡鹤皋教授/院士、博士后导师日本名古屋大学福田敏男教授，是两位德高望重、机器人界与微钠米系统界泰斗分别把我引入到工业机器人、智能机器人领域并学习微系统技术，也感谢二位恩师对我的信任，给我锻炼的机会，是他们的信任才有我1993年设计的、1995年完成的难度较大的第一台七自由度仿人手臂系统、1999年提出并设计/2000年完成的第一台类人猿机器人整机系统，在难题中成长。从那时起，我得以有机会能够把机械、电子、控制、计算机软硬件等技术、机器人学理论等知识系统、完整的“穿”在一起运用、实践，这里展示的科研研成果绝大部分出自我手和我所指导的研究生学位论文工作。我所欣慰的只是从创新和研究中得到的无穷乐趣和培养出的毕业生人才，只此别无他求。很荣幸在我博士研究生学习、博士后科研工作时期有幸拜在两位恩师门下并受益终生。
研究方向一：具有多种移动方式的类人、类人猿型机器人及智能运动控制 1. 首台类人猿机器人(1999-2001)

为追求一台移动机器人所具有的最大环境适应性和移动灵活性，吴伟国博士于1999年在日本名古屋大学作博士后研究期间在国际上首次提出了具有多种移动方式的类人及类人猿机器人概念和总体构想（图1），进行了类人猿机器人系统设计、运动控制及仿真基础研究，并于2000年研制出具有20自由度的类人猿机器人I号机系统（照片1）。该机器人直立高度约1.1m，总重约27.5kg，双足步行速度约300mm/步/3s。采用VxWork Station+Ternod 实时操作系统实现了控制周期2ms的实时控制，脚部、腕部有六维力-力矩传感器进行力反馈控制。
2. 类人猿机器人GoRoBoT(2003.1~2005.12)

2.1 系统设计与研制：2003年起，在国家自然科学基金资助课题《具有多种移动方式的类人猿型机器人研究》资助下：研制出一种包括步行在内的多种移动方式、集成化、小型化、模块化组合式类人猿型机器人II号机系统GoRoBoT(GoRilla RoBoT略缩后合写)(照片2) ，并于2004年4月初步完成了双足步行、四足步行等运动控制实验。


2.2基础理论研究与虚拟实验（指导的硕士生学位论文工作中完成

◆基于可变ZMP和倒立振子原理的双足稳定全方位动步行研究:我们提出了一种基于可变ZMP和倒立振子平衡原理的质心轨迹生成及步行样本生成方法,并在虚拟物理环境下进行了“GoRoBoT”虚拟样机设计和双足稳定全方位连续动步行仿真，结果如(图2）所示。仿真最大步行步长200mm/5s。




◆四足全方位步行步态、稳定性与步行仿真研究：提出了类人猿机器人四足稳定步行步态并进行了仿真研究，结果如(图3）所示。




◆基于可变ZMP和3自由度倒立摆平衡原理研究了步行方式转换问题，在虚拟物理环境下进行了双足步行、上下台阶、四足着地、四足步行、起立的连续动作运动仿真（图4）。
◆研究了单臂回避窗口障碍、双臂协调运动学，为验证该机器人的步行带载能力，进行了双臂协调、双足步行搬运5kg重物作业和操作方向盘作业研究的虚拟实验（图5），仿真结果表明：设计、研制的该机器人带载作业能力至少5kg。
2.3 双足/四足步行/步行方式转换/连续步行实验：

◆2004年4月类人猿机器人“GoRoBoT”成功地迈出第一步,连续稳定步行3步(140mm/step/5s) (照片3)。


◆2004年4月，类人猿机器人“GoRoBoT”成功地迈出四足步行的第一个步，连续稳定步行了一个步行周期(160mm/step/6.4s) （照片4）。

◆2005年8月，初步实现了该类人、类人猿型机器人在通用智能运动控制器下双足步行、四足着地运动、起立运动的连续运动控制（照片5）。


◆2005年12月，初步实现了该类人、类人猿型机器人在通用智能运动控制器下双足步行、四足着地运动、四足前向步行、四足后退、起立运动的连续运动控制（照片6）。


2.4 具有腿式移动和轮式移动等多移动方式的类人、类人猿型自治机器人新概念（2005年,吴伟国在加拿大召开的智能机器人系统国际会议-IEEE IROS2005上对吴伟国等人在1999年提出的多移动方式类人猿机器人概念进一步更新后提出并进行研究）

◆2005年10月，为进一步提高一台多移动方式类人、类人猿机器人的移动能力，综合双足步行双臂作业、四足步行稳定、轮式移动省能适于室内和平整路面快速移动等优点，进一步发展了1999年提出的多移动方式类人、类人猿型机器人概念，提出了具有腿式移动和轮式移动等多移动方式的类人、类人猿型自治机器人新概念和总体构想（图6）。


2.5 脚用轮式驱动移动机构研制及类人猿机器人轮式驱动移动实验（2005年12月）(已获发明专利授权)

◆2005年12月，为实现具有腿式移动和轮式移动等多移动方式的类人、类人猿型自治机器人新概念和总体构想（图6所示），本研究室成功地设计、研制出适于类人、类人猿机器人“GoRoBoT”并且能够进行步行方式与轮式移动方式转换的脚用轮式驱动移动机构及装置（图7及照片7），脚式步行方式（双足步行或四足步行）下脚升起轮着地顶起整台机器人后轮式驱动移动，轮式移动模式下脚落地轮升起后脚式步行移动；并成功地进行了双足步行和轮式移动实验（照片8）。该脚用轮式驱动移动装置可至少承载45kg。



图7 照片7


2.6 今后的研究计划（2006年1月~）

◆截止2005年12月，我们已完成了类人、类人猿机器人“GoRoBoT”的双足步行、四足步行、轮式驱动移动等多移动方式及各移动行方式间转换的理论、运动控制实验等研究。实验验证了我们所提出的具有腿式移动和轮式移动等多移动方式的类人、类人猿型自治机器人新概念和总体构想。值得一提的是，通过仿真虚拟实验验证：设计、研制的该机器人系统在步行速度、操作能力上还有很大的潜力有待于进一步的实验验证。以图6所示的自治化目标为核心，研究智能学习控制技术是我们在该方向上研究的主题。——吴伟国 2006年1月
研究方向二：有表情及多感知机能的仿人全身机器人及“人工情感”（已获授权发明专利3项） 3. 仿人像演讲机器人(1993.1~1996.12)

◆该机器人按1:1比例设计，具有弹性皮肤、面部器官及头颈部、双臂动作，能够起立、坐下、进行演讲（照片9） 。




4. 具有8种面部表情的仿人头像机器人H&Frobot-I (2003.1~2004.12 指导的硕士生学位论文工作中完成）

◆2003年起，在哈工大跨学科交叉基金资助课题“具有6种基本面部表情及视觉的仿人头像机器人与行为研究”资助下基于Ekman面部表情编码系统于2004年设计、研制出具有喜怒哀乐等8种面部表情的仿人头像机器人H&Frobot-I型（照片10) 。该机器人由12个小型电机驱动弹性的面部皮肤和头部器官机构，研究中提出一种适于非金属绳索驱动的元件。


5. 有6种面部表情及人类面部表情识别的仿人头像机器人H&Frobot-II (2005.1~2006.6 指导的硕士生学位论文工作中完成)
◆ 在H&Frobot-I型（照片10)的基础上，进一步实现面部器官的集成化设计，并且研究、添加了对人类面部表情进行识别的视觉系统，能够识别出人面部喜怒哀乐等6种面部表情并且再现表情。该机器人由6个小型DC伺服电机及4个舵机分别驱动弹性的面部皮肤和头部器官机构。6个由伺服电机实现可实现面部对称表情，对于非对称表情可另外自由添加4个电机来实现（照片11) 。研究中首次提出并初步研究了面部表情的等强度转换和再现问题，主要提出了表情特征点偏移量系数的概念和计算公式。



点击看视频（2006年仿人头像机器人表情变化实验视频）:/sites/default/files/wuweiguo/MOV01054-FacialEmotion.mp4

◆ 首次在国际上提出并研究了仿人头像机器人语音口形协调技术，实验实现了基于汉语拼音的语音与口形协调（2007年 指导的硕士生、博士生学位论文工作中完成）。

◆ 目前正在进行的研究及今后的研究计划:

1）目前正在研究具有多感知机能和面部表情的高度集成化仿人头像机器人系统、集成化仿人全身机器人及行为（2007-2012），系统已初步成形；

2）按着图8所示的内容研究有表情智能仿人机器人与人、机器人的“交流”和深层次的“人工情感”技术，为未来机器人社会与人类社会共存奠定理论与技术基础。此外，为观展行业提供需求。


6. 具有表情智能、嗅觉/视觉/力觉/温度感知/语音口形等多感知机能的集成化仿人全身机器人GOROBOT-III型系统平台 (2007.1~2012.7)
◆目前完成了集1:1比例、多感知机能集成化仿人像头部、带有腕力传感器1:1比例仿人四指灵巧手双臂手、带有前脚掌的仿人双足及躯干部分一体的70自由度、身高约1.58米全自立型仿人全身机器人系统的高度集成化样机系统。由本研究室自主设计、自行装配、调试严格控制制造装配质量而成，机械本体具有高刚度、高精度、各关节高灵活性和大运动范围、面向多移动方式等特点。该机器人系统软硬件已正常工作运行，正在利用该平台进行相关理论与各种实验研究。（声明：2012.9.5以后研究非公开，未经本研究室允许，任何个人、机构不得使用本网页上实物及视频照片，违者必究！）。


三、 工业机器人及机器人用基础元部件

7.“机器人样机本体设计与开发”，国家重大科技攻关项目（两项子课题负责人）（1998.1-1999.9）
◆工业机器人用RV摆线针轮减速器设计；

◆30Kg轻型工业机器人小臂及3自由度手腕设计（其中包括腕部专用的谐波齿轮传动元件的设计）。
8. 新型全方位关节机构及七自由度仿人手臂-I型(1993.1~1995.12) ◆在证明并解决国外同类关节机构原理存在的Pitch和Yaw运动干涉基础上，基于双万向节原理与齿轮传动设计、研制成功了新型无奇异全方位关节机构及基于该类关节的七自由度仿人手臂样机系统（照片9）；此外，还进行了冗余度机器人运动学基本理论研究，提出了回避障碍和关节极限多元作业准则下的逆运动学求解方法、串并联混合机构运动学等效下动力学变换定理等；实验实现了该七自由度仿人手臂的自运动（Self-motion）控制（课题来源于1993年国家863计划/1993、1994年863智能机器人机构网点开放实验室，成果获部级科技进步二等奖一项）。



3-D.O.F Pitch-Yaw-Roll、4-D.O.F Pitch-Yaw-Roll-Roll全方位无奇异并串联关节混合关节机构原理图如下图所示：



（出自：吴伟国. 冗余度机器人运动学基本理论与七自由度仿人手臂的研究. 哈工大博士学位论文. 导师：蔡鹤皋 教授/院士. 1995年9月:53-54页）
9. 新型全方位关节机构及七自由度仿人手臂-II型(1996.1~1999.12) ◆在新型无奇异3自由度全方位关节I型研制成功的基础上，通过将I型结构进行拓扑变换，改进双环解耦轴承结构，提出并设计导向刚度保证器等方法和措施，进一步设计并研制了新型无奇异3自由度全方位关节II型（照片10）；并研制出了基于II型关节的七自由度仿人手臂II型样机系统（课题来源于1996年国家863计划智能机器人机构网点开放实验室，负责完成）。


10. 分别设计研制成功了1/2、1/4比例S齿形标准齿的短筒柔轮谐波减速器(2009.9~2011.7 指导的硕士生学位论文工作中完成) ◆谐波减速器的比例定义为柔轮轴向长度与其直径的比值即长径比，按此定义，目前国产的谐波减速器为1:1比例。但是，在仿生仿人机器人结构设计中，长径比为1/2、1/4比例的高性能短筒柔轮谐波减速器具有重要的实际意义。由于外形与结构限制，本研究室设计、研制的仿生仿人机器人以及国内外同类机器人多选用价格昂贵的HamonicDrive公司生产的短筒柔轮谐波减速器。本研究室在解决S齿形设计、加工工艺的基础上试制成功了短筒谐波减速器，其原型样机样件、性能试验结果如图所示。目前（时至2011年7月）除本研究室外，国内还未见有长径比为1/4比例的短筒柔轮谐波传动元件及减速器研制出来的报道。


11. 分别设计研制成功了1/2、1/4比例S齿形及新加工工艺的短筒柔轮谐波减速器及其试验装置(2011.9~2012.6 指导的硕士生学位论文工作中完成)（已获发明专利权2项，发明专利在申请1项） ◆为提高谐波减速器啮合齿对数、啮合齿面的接触面积，从而提高啮合传动刚度、传递载荷能力，本研究室在前述基础上进一步提出了新的加工工艺，试制成功了1/2、1/4比例S齿形及新加工工艺的短筒柔轮谐波减速器，其原型样机样件、性能试验结果如图所示（啮合齿对数和沿齿宽方向接触面积均大幅提高，实验结果表明：传动刚度提高了39%）。





四、仿生机构与机械学

12. 仿猿双臂手攀爬移动机器人(2005-现在)（2008年取得发明专利授权）

2006年首次研制出地面行走和攀爬桁架等非连续结构物的仿猿双臂手攀爬移动机器人原型样机系统，并进行地面稳定行走和避障攀爬桁架等结构体的理论与控制实验研究。



13. 多冗余自由度机械臂兼蛇形移动机器人机构研究（2005-现在）

1）设计出新型3-DOF全方位PYR及4-D.O.F全方位PYRR关节机构；2）基于新型PYR、PYRR关节机构的超多冗余度柔性臂兼蛇形机器人机构及运动学、仿真实验研究；

14. 仿生柔性驱动单元及其控制（2006年-现在）(已申请发明专利三项，已获授权2项) 2014年3月New!

1）设计研制出基于绳索及滑轮组的柔性驱动单元，如图所示为最新（2014年3月）研制的FDU-II型单元实物照片；

2）研究了绳索驱动下粘弹性动力学与张力控制理论问题和控制方法，实现了机器人关节控制的快速响应特性；

3）该柔性驱动单元的控制器设计及实验；



4）柔性单元负载特性实验研究及结果（该柔性驱动单元FDU-II型已用于双足步行机器人关节驱动）



点击看柔性驱动单元大幅频繁往复运动控制实验视频：/sites/default/files/wuweiguo/cos-motion-test-of-FDU-II.mp4

15. 基于系列化模块化关节单元的模块化组合式多自由度机器人操作臂（2012年6月-现在）

吴伟国教授指导的本研究室2013年本科毕业生高力扬同学毕业论文“轻型多自由度机器人操作臂的模块化组合式设计方法研究”工作中完成。研究由实际设计的12个系列化模块化关节单元任意组合成多自由度机器人操作臂的模块化组合式设计理论与方法研究，并进行了实验，如下图及用该方法组合设计研制出的三自由度机器人操作臂书写本研究室徽标中的英文字母GR（Gorilla Robot）的实验视频所示。



点击看该机器人操作臂书写英文字母“GR”的实验视频：/sites/default/files/wuweiguo/GR_robotInH%26G_Robot_Lab_HIT**.mp4

16. 具有挠性驱动单元的仿人双足步行机器人（2014年5月15日研制）New！

在FDU-II型“肌腱式”挠性驱动单元研制成功基础上，进一步自主设计/研制出具有仿肌腱挠性驱动的小型仿人双足步行机器人系统，如图所示，并且迈出了第一步，初步实验表明：该小型化大出力转矩的挠性关节驱动单元具有良好的快速响应特性，今后将进一步研究挠性驱动下快速步行的运动控制理论与实验。



点击看具有柔性驱动单元双足步行机器人FDUBR-I步行运动控制实验视频：/sites/default/files/wuweiguo/FDUBR-I-10-220_OK.mp4



点击看具有柔性驱动单元双足步行机器人FDUBR-I步行运动控制实验视频：/sites/default/files/wuweiguo/VIDEO0072-10-260-OK480x368L.flv

（未完，待续201406更新）

书画习作
1.2012年春临帖习作《兰亭序》
2. 这幅富岳三十六景之一的北斋名作（音译：SAZARUDOU-五百RAKAN寺）是我十分喜爱的浮世绘，其中的透视技法运用十分精准、人物形态自然传神、衣物线条流畅，特摹之于2005年万物凋零深冬，但不及原作神韵万分之一。



3. 2011年毛泽东故居偶感三首

1）依山傍水又良田，养育毛家子嗣叁。高举马列成伟业，万人景仰到韶山。

2）半边青瓦半边蒿，共处屋檐同举瓢。一朝九天朝堂坐，不闻邻姓只识毛。

3）小平题匾不留名，自谦毛前小学生。潮起潮落身后事，功过分明笔端轻。


4. 2013年10月国庆节书《兰亭序》

黑白照片：


1999年10月-2001年9月于名古屋大学微系统工学学科福田研做博士后研究员期间掠影





2004年参加IEEE ROBIO（机器人学与仿生学国际会议，沈阳）发表论文期间掠影



2005年8月参加IEEE IROS2005（智能机器人与系统国际会议，加拿大）发表论文期间掠影


2006年参加IEEE ROBIO2006（机器人学与仿生学国际会议，昆明）、IEEE IROS（智能机器人与系统国际会议，北京）发表论文期间掠影


2008年参加IEEE Humanoids@#%08（仿人机器人国际会议，韩国大田市）发表论文期间掠影


2009年10月IEEE ROBIO2009（机器人学与仿生学国际会议，桂林）发表论文期间掠影


指导学生的教育理念
1. 学生本科专业学习阶段遗留的偏差矫正和知识应用能力培养；

2. 从事专业技术工作的素养和科学思维的养成；

3. 重专业基础、做人做事态度和实事求是创新意识的专业技术素质教育；

4. 机械设计、理论分析、电控与智能运动控制技术相结合的机器人系统技术教育与实践；

5. 独立从事科研工作的引导和能力育成。

6. 由本研究室教师、全体本科生、硕士生、博士生参加的发表会制度（1~2次/月，学生PPT汇报阶段性进展和下一步工作计划，教师与学生一起讨论、解决问题）。


指导的本科毕业生情况
每年指导本科毕业生1~2名，本科毕业设计（论文）内容范围可选如下：

1. 有关机器人操作臂设计与分析方面：6自由度工业机器人操作臂、模块化组合式多自由度操作臂方面机构与结构设计、运动学动力学分析与仿真；

2. 仿生机构设计与分析：包括多足步行机机构与结构设计、分析与仿真实验研究；

3. 机器人操作臂应用实验研究：运用本研究室自行研制出的机器人操作臂进行运动控制、力控制操作实验研究。

4. 模块化组合式机器人系统参数识别、基于模型的机器人操作臂各种控制方法研究。
至2016年7月，已培养本科毕业生15名

硕士生招生、指导及毕业生情况
每年招收硕士研究生3名。

2019级招收硕士研究生计划：5名

2018级招收硕士研究生计划：3名（2018年入学已招满）

2017级招收硕士研究生计划：3名（2017年入学已招满）

2016级招收硕士研究生计划：3名(2016年入学已招满)

2015级招收硕士研究生计划：3名（2015年9月入学的2015级硕士生已招满）

2019年硕士研究生学位论文课题研究内容范围可选如下：

1.面向强力操作的新型1:1比例大负载仿人多指灵巧手柔性操作

2.面向非结构化的大阻尼欠驱动仿猿双臂手新机构与非连续介质移动控制实验

3.非结构化环境下多移动方式机器人方式切换与快速移动理论与实验

4.冗余自由度机器人仿人操作臂的力觉导引操作控制研究

5. 仿生腿足机构研究

【以上课题需要具备的基础知识】机器人技术基础（硕士生课程学习阶段）、C语言程序设计、机构运动学、动力学、控制理论基础、机械传动、机构设计与仿真软件（如ADAMS）、电工学、电子技术基础等。

【以上课题已具备的软硬件条件】1）仿猿双臂手移动机器人-I、II系统；2）自行研制的长径比1/4、1/2短筒柔轮谐波传动装置4套及刚度测试系统；3）本研究室自行研制的15自由度新型仿人多指灵巧手及仿人手臂系统各两套；4）带光电编码器DC伺服电机及智能控制/驱动单元若干，4轴PMAC运动控制卡3套，32轴PMAC运动控制系统1套；5）JR3、ATI六维力-力矩传感器各四套等；6）挠性驱动单元多套、柔性驱动仿人双足步行机器人系统一套；7）70自由度集成化仿人全身机器人系统一台套；8）人体运动捕捉：PS三维运动捕捉系统；9）仿猿双臂手机器人系统一套；10）本研究室面向硕士研究生开设的机器人课程：《仿生机器人及其智能运动控制》（春季学期32学时）、《机器人控制的实际应用》（秋季学期32学时）；11）研究经费充足。

（以上2019年研究生招生计划及课题安排内容于2018年6月9日更新，适用截止期至2019年4月）
已培养硕士毕业生情况

2002年-2018年7月，培养硕士毕业生：46名，均按期毕业获工学硕士学位（其中三名与另一位硕导共同指导）。

在学硕士生6名


博士生招生、指导及毕业生情况
每年招收1~2名博士生。

2018~2019年博士生招生计划及论文课题范围（课题来源：国家863计划资助“十一五”已结题验收课题的后续研究；863“十二五”机器人领域重点课题子课题后续研究; 横向合作课题以及自拟预研课题，研究经费充足）

欢迎有志于智能机器人学与机器人技术研究的以下学科、专业优秀青年学子前来本从事本研究室的原创性、创新性课题研究：

（1）“机械工程学科”(到本研究室的研究范围：工业机器人技术；多移动方式机器人新理论；仿生仿人机器人系统集成、仿生仿人新机构的机构学、智能控制技术；新型传动装置、人工情感；多传感器信息融合等)

（2）“电气工程学科”(到本研究室的研究范围：面向仿生仿人机器人的新型新结构新原理的高性能伺服电机设计理论、驱动与控制技术、新型力觉/嗅觉/人工皮肤等传感器原理与技术)

（3）“控制工程学科”(到本研究室的研究范围：面向仿生仿人机器人的智能控制理论与技术、控制系统设计、变结构控制理论与技术等)

（4）“计算机学科” （到本研究室的研究范围：面向仿生仿人机器人系统的RRTOS(机器人实时操作系统)、面向机器人的人工智能语言、人工情感）。
1. 计划招生博士生人数：2名

2. 博士学位论文课题研究方向如下：

方向1 - 仿人机器人人工情感理论与智能控制技术

方向2 - 机器人用新型短筒柔轮谐波传动啮合理论与实验

方向3 - 仿人双臂手柔性/ 强力混合操作理论与力控制技术

方向4 - 非连续介质下大阻尼欠驱动移动机器人机构学与控制技术

【说明】：以上方向招生适用期间为2017年5月~2019年3月.

3. 已具备研究条件及研究基础：

1）本研究室自行研制的25自由度模块化组合式类人及类人猿机器人系统；

2）集成化70自由度仿人全身机器人系统开放式平台（基于RT-Linux的PCI总线的集中控制、基于CanOpen总线的控制开放式结构），其中包括六维力-力矩传感器系统、RT-Linux实时操作系统及运动控制系统、高分辨率双目立体视觉系统等、PS三维运动捕捉系统；

3）短筒柔轮谐波传动新设计与整机有限元分析、加工工艺与技术基础、自行研制的短筒柔轮谐波传动元件、减速器及刚度测试装置；

4）可选其它课题研究已具备条件及研究基础参见本研究室科研成果、科学研究栏目；

5）所需研究经费及博士生科研津贴充足。

4. 博士生需具备的基础知识：

机械设计、机构学基础知识（机构设计、机构运动学、多体系统动力学）、机器人技术基础、自动控制理论、电子技术基础、C语言程序设计、计算机控制技术、传感器及其应用技术（光电编码器、力传感器、视觉传感器等）、RT-Linux实时操作系统（课题1，考生已具备或博士生课程学习期间由导师指导学习和使用）、谐波齿轮传动（课题2，考生已具备或博士生课程学习期间由导师指导学习）。

本研究室面向硕士生开课《仿生机器人及其智能运动控制》、《机器人控制的实际应用》可供博士生补修。

本研究室面向博士生开课《仿生原理与仿生机械》、《球面解析理论与并联单环/多环空间机构学》选修课。

5. 招收博士生的本科及硕士毕业学科、专业：机械工程（机械设计及理论、机械电子工程）、电气工程、计算机软件与应用技术、人工智能与应用、控制科学与工程。
已培养博士毕业生及在读博士生情况

博士毕业生2名，获工学博士学位。

在读博士生6名（本科直博生3名、硕博连读生1名、申请考核博士生2名）。


论文/发明专利/教材
一、主要发表的期刊与国际会议/杂志论文 1. 发表内容独立的论文（自然科学类）80余篇，其中第1、2作者主要论文如下：[1] 王永洁，吴伟国. 多关节型机器人结构设计智能CAD软件PUMAICAD的研制. 《哈尔滨工业大学学报》，1992年06期;

[2] 王永洁，吴伟国. 机械设计工具软件MDCAD研制. 《哈尔滨工业大学学报》，1993年第3期；

[3] 吴伟国, 邓喜君, 孙立宁, 蔡鹤皋. 新型PITCH-ROLL-YAW关节机构研究. 《高技术通讯》，1995年第5期.

[4] 吴伟国, 邓喜君, 蔡鹤皋. PITCH-YAW-ROLL全方位关节机构运动学分析与控制. 《哈尔滨工业大学学报》, 1995年第27卷第5期, 117-122.

[5] 吴伟国, 蔡鹤皋, 邓喜君, 张涛. Design and Kinematics Study on Space Hyper-Redundat Robot. 《哈尔滨工业大学学报(英文版)》,1996年第2期

[6] 吴伟国, 邓喜君, 安辉, 蔡鹤皋. 变运动学模型下动力学模型变换定理及其在多自由度关节并联机构中的应用.《哈尔滨工业大学学报》, 1996年第3期.

[7] 吴伟国, 邓喜君, 蔡鹤皋, 张超群. 高灵活度仿人手臂型七自由度冗余度机器人的研究，《高技术通讯》，1996.8;

[8] 吴伟国, 邓喜君, 蔡鹤皋. 回避障碍和关节极限二元准则和冗余度机器人运动学逆解研究.《哈尔滨工业大学学报》，1997年第29卷第1期，103-106；

[9] 吴伟国, 邓喜君, 蔡鹤皋. 基于直齿轮传动和双环解耦的柔性手腕原理与运动学分析，《机器人》，1998．11；

[10] 吴伟国, 邓喜君, 蔡鹤皋. 七自由度仿人手臂双臂一体机器人协调运动学研究，《哈尔滨工业大学学报》，1999．12；

[11] 吴伟国，邓喜君，蔡鹤皋. 基于改进PYR型全方位关节的七自由度仿人手臂设计. 《中国机械工程》，1999.12：1345-1346；

[12] Wu Weiguo, Yasuhisa HASEGAWA, Toshio FUKUDA, ゴリラ型ロボットの机构设计及び起き上がり动作の基础研究, RSJ2000(日本机器人学会学术会议论文), 2000．09;

[13] Wu Weiguo, Yasuhisa HASEGAWA, Toshio FUKUDA, Standing up Motion Control of a Gorilla Robot for a transition from Quadruped Locomotion to Biped Walking, ROBOMEC2001(日本机械学会机器人学与机械学会议论文), 2001．06;

[14] Wu Weiguo，Yasuhisa HASEGAWA, Toshio FUKUDA, Walking Model Shifting Control from Biped to Quadruped for a Gorilla Robot, SICE2001(第40回日本计测与自动控制学会国际会议论文), 2001．07. (EI, ISTP, INSPEC检)

2004年发表论文

[15] Wu Weiguo, Wang Yu, Liang Feng, Ren Bingyin. “Development of Modular Combinational Gorilla Robot System”. Proceedings of the 2004 IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics, pp: 403-406.

[16] Wu Weiguo, Meng Qingmei. “Development of the humanoid head portrait robot system with flexible face and expression”. Proceedings of the 2004 IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics, pp: 718-723.

2005年发表论文

[17] Wu Weiguo, Lang Yuedong, Zhang Fuhai, Ren Bingyin, “Design, Simulation and Walking Experiments for a Humanoid and Gorilla Robot with Multiple Locomotion Modes”, 2005 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, Edmonton, Alberta, Canada, August 2~6, 2005,pp: 44-49.

[18] Zhang Fuhai, Wu Weiguo, Lang Yuedong, Ren Bingyin, “Omni-directional Quadruped Walking Gaits and Simulation for a Gorilla Robot”, 2005 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, Edmonton, Alberta, Canada, August 2~6, 2005,pp: 2121-2126.

[19] 孟庆梅,吴伟国,王瑜.机构及面部柔性体混合模型下的仿人头机器人行为仿真.《系统仿真学报》.Vol.17，No.6，2005.pp: 1466-1468, 1483.

2006年发表论文

[20] 吴伟国,李小宁,王瑜.类人机器人腰部关节平衡作用研究与仿真. 《机械设计与制造》(2006年第5期).

[21] 张福海,吴伟国,郎跃东. 类人猿型机器人前向四足步行的研究. 《机械设计与制造》（2006年第3期).

[22] 梁风，吴伟国，王瑜，蔡鹤皋. 改进型PYR全方位关节及其在柔性臂中的应用. 《机械设计与制造》，2006，6：106-108.

[23] Wu Weiguo, Wang Yu, Pan Yunzhong, Liang Feng. “Research on the Walking Modes Shifting Based on the Variable ZMP and 3-D.O.F Inverted Pendulum Model for a Humanoid and Gorilla Robot”, 2006 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, Beijing, China, October 9~15, 2006, pp: 1978-1983.

[24] Wu Weiguo, Wang Yu, Liang Feng, “Development, Stability Locomotion Analysis and Experiments of Wheeled-Locomotion Mechanism for a Humanoid and Gorilla Robot”, Proceedings of the 2006 IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics, December 17-20, 2006, Kunming, China .

[25] Meng Qingmei, Wu Weiguo, Lu Lin. Research and Development of the Humanoid Head Portrait Robot "H&Frobot-II" with Expression and Function of Recognizing Human Expression. Proceedings of the 2006 IEEE International Conferenceon Robotics and Biomimetics. December17-20,2006,Kunming,China. pp:1372-1377.

[26] Wu Weiguo, Wang Yu, Liang Feng. Development, Stability Locomotion Analysis and Experiments of Wheeled-Locomotion Mechanism for a Humanoid and Gorilla Robot. Proceedings of the 2006 IEEE International Conferenceon Robotics and Biomimetics. December17-20,2006,Kunming,China. pp:1390-1395.

2007年发表论文

[27] 吴伟国，徐峰琳，一种空间桁架用双臂手移动机器人设计与仿真分析，《机械设计与制造》（2007年第3期，pp：110-112）.

[28] 吴伟国，郎跃东，梁风. 类人猿型机器人"GOROBOT"的可变ZMP双足动步行仿真. 《系统仿真学报》. 2007年9月第19卷第17期. pp:4000-4003,4064.

[29] 鹿麟，吴伟国，孟庆梅. 具有视觉及面部表情的仿人头像机器人系统设计与研制. 《机械设计》, 2007年7月第24卷第7期. pp:20-23.

2008年发表论文

[30] Meng Qingmei, Wu Weiguo, Zhong Yusheng, Song Ce. Research and Experiment of Lip Coordination with Speech for the Humanoid Head Robot-"H&Frobot-III". 2008 8th IEEE-RAS Inte. Conf. on Humanoid Robots. December 1~3,2008/Daejeon, Korea. pp:603-608.

[31] 李晓燕，吴伟国. 双臂手移动机器人空间桁架内避障移动研究与仿真. 《机械设计与制造》. 2008年5月第5期,pp：177-179.

[32] 吴伟国，宋策，孟庆梅. 仿人头像机器人"H&Frobot-III"语音及口形系统研制与实验. 《机械设计》，2008年1月第25卷第1期. pp:15-19.

[33] Meng Qingmei, Wu Weiguo. Artificial emotional model based on finite state machine. Journal of Central South University of Technology.October, 2008. pp:694-699.

2009年发表论文

[34] Wu Weiguo, Hou Yueyang. Research on Rapid Walking of Biped Robot Based on Parametric Surface Table Cart Model. Proceedings of the 2009 IEEE International Conferenceon Robotics and Biomimetics. December19-23,2009,Guilin,China.

[35] Yu Wei, Wu Weiguo. Fast Walking Pattern Generation and Simulation for Biped Robot. 《系统仿真学报》，2009,Vol.21,No.13. pp:4014-4018.

2010年发表论文

[36] 孟庆梅，吴伟国，曲建俊. 基于视位的仿人头像机器人的基本口形系统研究. 《机械设计与制造》. 2010年2月第2期.pp:152-154.

[37] 吴伟国，王超. 基于步行单元组合的双足动步行样本生成方法. 《机械设计与研究》. 2010年12月第26卷第6期.pp:45-49.

[38] 吴伟国，赵洋. 仿人四指灵巧手的抓持能力分析. 《机械设计与制造》. 2010年4月.pp:188-190.

[39] 吴伟国，姚世斌. 双臂手移动机器人地面行走的研究. 《机械设计与制造》. 2010年1月. pp:159-161.

[40] 吴伟国，侯月阳，姚世斌. 基于弹簧小车模型和预观控制的双足快速步行研究. 《机械设计》. 2010年4月第27卷第4期.pp:84-90.

[41] 吴伟国，孟庆梅，曲建俊. 情感建模方法. 《哈尔滨工业大学学报》. 2010年9月第42卷第9期. pp:1388-1393.

2011年发表论文

[42] Wu Peng, Wu Weiguo. Walking Pattern Generation of Dual-arm Mobile Robot. 2011 Inte. Conf. on Information and Industrial Electronics. January 14-15,2011. Chengdu, China. pp:V1-103-107.

[43] 吴伟国， 邵逸凯，梁风，曾芳成. 移动机器人视觉系统防抖装置设计与仿真分析. 《机械设计与制造》. 2011年7月第7期.pp:57-59.

[44] 吴伟国，张勇，梁风. 具有啮合齿面接触对的谐波齿轮传动有限元模型建立与分析. 《机械传动》. 2011年第35卷第12期.pp:37-41.

[45] 吴伟国，侯月阳. 机器人关节用挠性驱动单元设计与粘弹性动力学建模. 《机械工程学报》. 2011年4月第47卷第7期. pp:17-21.

2012年发表论文

[46] Wu Weiguo,Wu Peng. Local path planning for dual-arm mobile robot shuttling within truss. Advanced Materials Research, v 452-453,1220-1224, 2012.

[47] 吴伟国，吴鹏. 基于避障准则的双臂手移动机器人桁架内运动规划. 《机械工程学报》Vol.48,No.13,2012.pp:1~7.

[48] P.Wu and W. Wu. Walking Pattern Generation of Dual-Arm Mobile Robot Using Preview Controller. Research Journal of Applied Sciences, Engineering and Technology 4(20):4098-4104,2012.

2013年发表论文

[49] 吴伟国, 席宝时. 三自由度欠驱动机器人抓握目标杆运动控制. 《哈尔滨工业大学学报》,Vol.45,No.11,Nov.2013:682-687.

2014年发表论文

[50] 高力扬, 吴伟国 等. 轻型机器人操作臂的模块化组合式设计方法研究. 《机械设计与制造》, 2014年1月第1期,154-156,160.

[51] 吴伟国, 于鹏飞, 侯月阳. 短筒柔轮谐波传动新设计新工艺与实验. 《哈尔滨工业大学学报》, 2014年第1期.Vol.46,No.1,Jan.2014:40-46.

[52] Wu Wei-guo, Hou Yue-yang. Controller design based on viscoelasticity dynamics model and experiment for flexible drive unit. 《Journal of Central South University of Technology》Vol. 21, No. 12, December 2014:4468-4477.（DOI: 10.1007/s11771-014-2450-1 ）（EI**411；SCI：WOS:**009，IF0.52）

[53] Weiguo Wu, Wenqian Du. Design and Research of a 6-DOF Serial-parallel Mechanism Platform for Stability Training of Legged-walking Robot. 《Journal of Harbin Institute of Technology(New Series)》. Vol.21,No.2,2014.pp:75-82.（EI**321）

[54] 吴伟国, 侯月阳. 机器人关节用挠性驱动单元研制与负载特性实验. 《机械工程学报》（7月5日出版）Vol.50,No.13,2014.pp:16~21.（EI**182）

[55] 吴伟国, 闫云雪. 人头面部轮廓数学模型的研究. 《哈尔滨工业大学学报》2014年第11期.Vol.46,No.11,Nov.2014:30-36. （DOI: 10.11918/j.issn.0367-6234.2014.11.005）（EI**096）

2015年发表论文

[56]侯月阳, 吴伟国 高力扬. 有挠性驱动单元的双足机器人研制与步行实验. 《哈尔滨工业大学学报》, 2015年第1期.Vol.47,No.1,Jan.2015:26-32.（EI**356）

[57] 吴伟国. 面向作业与人工智能的仿人机器人研究进展. 《哈尔滨工业大学学报》，2015年第7期.Vol.47, No.7:1-19.（综述长文，封面文章，doi:10.11918/j.issn.0367-6234.2015.07.001）（EI: **727）

2016年发表论文

[58] 侯月阳, 吴伟国. 具有张力反馈和关节位置全闭环的挠性驱动单元性能测试.《机械工程学报》Vol52，No11，June 5，2016.(EI:**171)

[59] Weiguo WU, Xin CAO. Mechanics model and its equation of wire rope based on elastic thin rod theory. International Journal of Solids and Structures. Vol.102-103, 15 December 2016,Page21-29.（SCI 入藏号WOS：**003，2016 SCI-IF2.76，JCR Q1区; 中科院二区；EI**409）

2017年发表论文

[60] 杨胜男，吴伟国. 人工肺-嗅觉系统集成与混合气体识别方法. 《哈尔滨工业大学学报》. 2017年第1期, 53-57.（EI：**897）

[61] 吴伟国，栗华，高力扬. 人体步行捕捉下的双足机器人跟随步行与实验. 《哈尔滨工业大学学报》. 2017年第1期, 21-29.（EI：**893）

[62] Gao Liyang, Wu Weiguo. Forward Kinematics Modeling of Spatial Parallel Linkage Mechanisms Based on Constraint Equations and the Numerical Solving Method. Robotica. Volume 35,Issue 2,February 2017,pp:293-309. （SCI：WOS **004； EI: **816）; (SCI 2017 IF 1.554，JCR Q3区; 中科院4区).

[63] Weiguo Wu, Liyang Gao. Posture Self-Stabilizer of Biped Robot Based on Traing Platform and Reinforcement Learning. Journal: Robotics and Autonomouus Systems. Volume 98, December 2017, Pages 42-45（2017 SCI IF2.638，JCR Q2区; 中科院3区）（SCI WOS：**004）（EI：**109）.

2018年已录、已发表论文：

[64] Weiguo Wu, Minchang Huang, Xiadong Gu. Underactuated Control of a Bionic-Ape Robot Based on the Energy Pumping Method and Big Damping Condition Turn-Back Angle Feedback. Journal: Robotics and Autonomous Systems. Volume 100C(2018),119-131.(Available online 22 November 2017) (2017 SCI IF 2.638, WOS:**010，JCR Q2区; 中科院3区)

[65] Xin Cao, Weiguo Wu. The establishment of a mechanics model of multi-strand wire rope subjected to bending load with finite element simulation and experimental verifcation. International Journal of Mechanical Sciences. Vol.142-143, July 2018, Page 289-303. (2018.05.08,在线版发表，SCI 2017-2018 IF3.57, JCR Q1; 中科院2区）(SCI收录，入藏号WOS:**026, IDS GL7IR)（EI**671）

[66] Wu Weiguo, Gao Liyang. Mechanism Parameter Optimization of a Stability-Training Platform’s 4-PSS/PS Parallel Mechanism Based on Training Capability Evaluation and PSO Algorithm. Chinese Journal of Mechanical Engineering. (2018) 31:50, Page1-11. https://doi.org/10.1186/s10033-018-0253-2 2018.06.25 On-line.（《机械工程学报（英文版）》，2018-06-25网络版在线发表）(SCI收录，IF0.814，入藏号 WOS:**001)（EI **805）

[67] Liyang Gao, Weiguo Wu. Kinetic energy attenuation method for posture balance control of humanoid biped robot under impact disturbance. IEEE 2018 IECON Conference, Washington，Oct.21-23, 2018:2564-2569.

2019年已录、已发表论文：

[68] 吴伟国，李虹漫. PAD情感空间内人工情感建模及人机交互实验. 哈尔滨工业大学学报（自然科学版）, 第51卷，第1期，2019年1月：29-37. doi:10.11918/j.issn.0367-6234.**.

[69] 吴伟国，李海伟. 仿猿双臂手机器人连续摆荡移动优化与实验. 哈尔滨工业大学学报（自然科学版），2018年投稿已录用.
2018年投稿论文

[70] Weiguo Wu, Liyang Gao. Bionic-Ape Brachiation Robot with Turn-Back Angle Feedback Mechanism and Its Experiment of Underactuated Control under Big Damping Condition. (在审稿中)

[71] 吴伟国 等. xxxxxxxxxxxxx实验研究. (在投稿)
2. 发表内容独立的社科类论文：[1] 王 瑜, 吴伟国, 王嘉力. 基于ASP技术的试题库与在线考试系统的开发. 《科教论坛》, 2005.5:107~109.

[2] 吴伟国, 赵学增, 宋 平. 论应用型硕士研究生教育内部质量保障体系构建. 《全国第八届学位与研究生教育评估学术会议》（长沙, 2010年10月28日~30日）:153~159.

[3] 吴伟国, 赵学增. 分类培养模式下应用研究型硕士学位论文分类与试验研究. 《哈尔滨工业大学学报（社会科学版）》,Vol.16（增2）. 2014年12月:13-15.

[4] 赵学增, 吴伟国. 应用研究型硕士生技术素质教育研究—以机械工程学科应用研究型硕士生培养为例. 《哈尔滨工业大学学报（社会科学版）》,Vol.16（增2）. 2014年12月:16-20.
二、已获授权发明专利 （15项）1. 吴伟国 等. 地面移动及空间桁架攀爬两用双臂手移动机器人（发明专利：ZL**5.4）

2. 吴伟国 等. 具有人机交互功能的仿人头像机器人装置及行为控制方法（发明专利：ZL**5.5）

3. 吴伟国 等. 用于仿人机器人、多足步行机上的脚用轮式移动机构（发明专利：ZL**8.3）

4. 吴伟国 等. 一种仿人头像机器人的控制方法（发明专利：ZL**3.2）

5. 吴伟国 等. 由滑轮组与钢丝绳牵引驱动的机器人关节用挠性驱动单元（发明专利：ZL**8.3）

6. 吴伟国 等. 移动机器人视觉系统防抖装置与抖动补偿控制方法（发明专利：ZL**5.7）

7. 吴伟国 等. 一种安全型无力耦合六维力传感器（发明专利：ZL**7.X）

8. 吴伟国 等. 一种无耦合六维力传感器的组合式标定装置（发明专利：ZL**2.X）

9. 吴伟国 等. 刚轮轮齿有倾角的短筒柔轮谐波减速器及其传动刚度测试装置（发明专利：ZL**1.4）（发明专利权已转让）

10.吴伟国 等. 步行机器人稳定性训练用六自由度串并联机构平台装置（发明专利：ZL**6.5）

11.吴伟国 等. 一种用于短筒柔轮谐波减速器的刚轮与柔轮及其加工工艺（发明专利：ZL**9.0）（发明专利权已转让）

12.吴伟国 等. 具有张力和关节位置反馈的机器人关节用挠性驱动单元（发明专利：ZL**65）

13.吴伟国 等. 具有张力和关节位置反馈的机器人关节用挠性驱动单元控制方法（发明专利号：ZL**1.X）

14.吴伟国 等. 三自由度大阻尼欠驱动攀爬桁架机器人及其控制方法（发明专利号：ZL**5.0）

15.吴伟国 等. 一种xx仿人头像机器人及其数学建模方法与控制方法（发明专利号：ZL**51）

以下为已被受理发明专利:

16.吴伟国 等. 能摆荡抓握远距离桁架杆的攀爬桁架机器人及其控制方法 (发明专利申请号：**0.8)

三、专著、编著及教材编写 1. 参编“十一五”国家级规划教材：宋宝玉，王黎钦主编《机械设计》，高等教育出版社，2010年5月（吴伟国编写第六章齿轮传动、第七章蜗杆传动，约13.3万字）。

2. 吴伟国 编著. 《机械系统机构设计与结构设计》（约50万字），哈工大教材建设立项项目，2017年7月已完稿，待出版。

3. 吴伟国 著. 《仿生仿人全身机器人系统与技术》（约45万字），已入选科学出版社著作选题，著作中，预计2018年11月完稿。

4. 吴伟国 编著. 《面向地面与空间技术的仿生机器人及其智能运动控制》. 约45万字，编著中，已获哈工大出版社2017年国家出版基金项目资助。

5. 吴伟国 编著.《工业机器人操作臂设计》. （部分内容析出为"机械系统机构设计与结构设计"部分章节内容、“机械设计系统”综合课程设计II"教学用书，2014年11月教学试用，拟申报创新设计类教材），已于2014年8月完稿（该书集编著者多年从事机器人、机器人操作臂、谐波齿轮减速器与RV摆线针轮减速器等研究的经历和独到的经验、见解撰写而成）。

6. 吴伟国 著. 《工业机器人系统设计》. 化学工业出版社选题签约（2017年"中国制造2025"重大出版工程国家出版基金项目），著作中。全书共计11章，已完成10章。2018年12月交稿.

7. 吴伟国 著. 《机器人控制理论、技术与应用》. 化学工业出版社2018年3月28日已签约，2018年12月前交稿。

8. 吴伟国 编著. 面向专业学位工程硕士MOOC教学用研究生教材：《机器人控制理论与实际应用(for MOOC)》，全国专业学位硕士研究生MOOC课程重大建设项目《机器人控制的实际应用》专用教材，预期2019年前完稿。

中英文国内国际学术期刊论文审稿
《哈尔滨工业大学学报》（自然科学版第十一届编委）、《中国机械工程》、《浙江大学学报》、《哈尔滨理工大学学报》、《Transactions of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics》、《Journal of Central South University of Technology》、《Robotica》 、《Chinese Journal of Aeronautics》等杂志,中文科技论文在线网等论文审稿人。

《哈尔滨工业大学学报》首届优秀审稿专家（2012年）、第2届优秀审稿专家（2013年）、2014年、2015年、2016年、2017年连续六年优秀审稿专家。